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专利号: 2017102454290
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法,其特征在于,所述方法依次包括以下步骤:步骤一:对参考影像和待匹配影像分别提取直线特征,并计算每条直线特征的特征显著性;

步骤二:利用核线关系构造视角不变局部区域,基于视角不变局部区域计算所述步骤一得到的每条直线特征的特征区域;

步骤三:对每条直线特征,在所述步骤二所得的特征区域内计算相位一致性值和方向,为每条直线特征构造相位一致性特征描述符;

步骤四:根据所述步骤一计算的每条直线特征的特征显著性,将所有直线特征中显著性值最大的前t%的直线特征作为显著直线特征,其余直线特征作为非显著直线特征;

步骤五:基于所述步骤三得到的特征描述符计算特征相似性对所述步骤四得到的显著直线特征进行匹配;

步骤六:将所述步骤五显著直线特征匹配结果中未匹配成功的显著直线特征归入非显著直线特征中;

步骤七:分别在参考影像和待匹配影像上以所述步骤五得到的匹配成功的显著直线特征为聚类中心,将非显著直线特征聚类到显著直线特征类别中;

步骤八:基于所述步骤七的聚类结果,采用非穷举搜索的方式,进行非显著直线特征匹配;

其中,在所述步骤二中,根据如下方法计算每条直线特征的特征区域:

(a)对于参考影像上任意一条直线特征Li,计算其首尾端点在待匹配影像上对应的两条核线,在待匹配影像上寻找位于两条核线所夹范围内或至少与其中一条核线相交的直线特征作为该参考直线特征的候选直线特征,得到式(2)所示的Li的候选同名直线特征集合:式(2)中, 表示参考直线特征Li在待匹配影像上的候选同名直线特征集合,q1,L,qm,L,qn表示候选同名直线特征集合中的n条候选同名直线特征;

(b)对参考影像直线特征Li,从其两侧分别选择N条距离最近且与其夹角大于阈值Tθ的直线特征,这2N条直线特征分别与参考直线特征Li构成直线特征对,得到式(3)所示的直线特征对集合:式(3)中,Li表示参考影像上正在处理的直线特征,l1,L,lj,L,l2N表示参考直线特征Li两侧选取的与其进行特征组对的2N条直线特征, 表示基于参考直线特征Li构建的直线特征对集合;

(c)对参考直线特征Li对应的待匹配影像上的候选直线特征集合 中的每条直线特征q1,L,qm,L,qn,进行步骤(b)中的同样操作构造直线特征对,在待匹配影像上得到式(4)所示的Li对应的待匹配影像直线特征对集合:式(4)中,q1,L,qm,L,qn表示参考直线特征Li的候选同名直线特征集合中的n条直线特征,l'm,1,L,l'm,o,L,l'm,2N表示从Li的第m条候选直线特征qm两侧选取的2N条与qm构造直线特征对的特征;

(d)对于参考直线特征Li构建的直线特征对集合 中的每个直线特征对(Li,lj),计算其直线交点以及交点在待匹配影像上的核线,计算待匹配影像上候选直线特征对集合中每对直线特征的交点到该核线的垂直距离,如果距离小于阈值Td,则将该直线特征对作为参考影像上直线特征对(Li,lj)的候选同名直线特征对,从而对参考影像直线特征Li构成的每个直线特征对(Li,lj),在待匹配影像上都得到了一个候选同名直线特征对集合(e)对于参考影像上直线特征Li构建的直线特征对集合 中的每个直线特征对(Li,lj),利用其四个直线段端点在参考影像上构造一个四边形区域Rij;同时,计算四个端点在待匹配影像上对应的核线,在待匹配影像上,这四条核线与(Li,lj)的候选直线特征对集合中的每个直线特征对(qm,l'm,k)相交形成一个与Rij对应的四边形区域(f)对于参考影像上直线特征Li构建的所有四边形区域Rij及其在待匹配影像上的候选同名直线特征构建的所有四边形区域 按式(5)将四边形区域拟合为椭圆形区域:式(5)中,w1表示椭圆长轴长度,w2表示椭圆短轴长度,α表示椭圆长轴方向,v表示四边形区域的零阶中心矩,μ11,μ02,μ20表示四边形区域的二阶中心矩元素,λ1和λ2表示四边形区域二阶中心矩的特征值,其中λ1≥λ2;

(g)基于步骤(f)的四边形拟合的椭圆区域,按如下方法确定直线特征对中每条直线特征的椭圆形特征区域:以直线特征所在的四边形边的中点为椭圆特征区域的中心,椭圆特征区域的长轴长度与短轴长度之比以及长轴方向与四边形拟合的椭圆区域的长轴与短轴长度之比以及长轴方向相同,并且椭圆特征区域的边缘需要经过该直线特征所在四边形边的两个端点;

(h)将直线特征的椭圆特征区域归一化为半径等于 的圆形区域,并按直线

特征方向对圆形区域进行旋转,归一化到水平方向,作为最终的特征区域;

(i)重复步骤(a)到步骤(h)直至参考影像上所有直线特征处理完毕。

2.根据权利要求1所述的一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法,其特征在于,在所述步骤一中,按公式(1)计算每条直线特征的特征显著性:

式(1)中,saliency表示直线特征显著性值,l表示直线特征的长度, 表示直线特征上所有像素点的梯度幅值的均值,a和b表示权系数,用于控制直线特征长度和梯度幅值均值对计算特征显著性的相对重要性程度。

3.根据权利要求1所述的一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法,其特征在于,在所述步骤三中,根据如下方法为每条直线特征构造相位一致性特征描述符:

(a)在特征区域内,对每个像素按式(6)计算相位一致性值:

式(6)中,(x,y)表示像素点坐标,Wκ(x,y)表示频率传播的权系数,Asκ(x,y)表示小波变换在尺度s和方向κ上像素点(x,y)处的振幅,T表示噪声参数,ε表示一个避免分母为0的微小量, 表示如果其内的值为正,则输出结果为内部计算值本身,否则输出结果为0,Δφsκ(x,y)为相位偏差;

按式(7)计算相位一致性方向:

式(7)中,β表示相位一致性方向值,κsκ(γ)表示在方向γ上的Log Gabor奇对称小波变换结果;

(b)将特征区域划分为4×4共16个等间隔子区域,统计每个子区域内像素的相位一致性值和方向,构建方向依次为[0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°,315°]的8维相位一致性方向直方图;

(c)将所有16个子区域的8维相位一致性方向直方图按顺序连接构成一个完整的128维特征向量,并对该特征向量进行归一化处理得到特征描述符。

4.根据权利要求1所述的一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法,其特征在于,在所述步骤五中,根据如下方法进行显著直线特征匹配:

(a)对于参考影像上任一显著直线特征,按式(8)计算其特征描述符与其在待匹配影像上的所有候选同名显著直线特征的特征描述符的相似度:式(8)中,Similarity表示特征描述符的相似度, 和 分别表示参考影像上直线特征Li与待匹配影像上直线特征qm的特征描述符,exp()表示以自然常数为底的指数函数,dist()表示计算两个向量欧氏距离的函数;

(b)在候选同名显著直线特征中找到与参考影像上显著直线特征的特征描述符相似度最大的直线特征,如果其对应的相似度大于阈值Ts,则将该参考直线特征和其对应的相似度最大的直线特征视为同名直线特征。

5.根据权利要求1所述的一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法,其特征在于,在所述步骤七中,根据以下方法将非显著直线特征聚类到显著直线特征类别中:

对于任一非显著直线特征Gi,计算其与所有匹配成功的显著直线特征中点的距离,如果Gi上超过三分之二的点到某条显著直线特征Sj中点的距离最近,则将Gi聚类到以Sj为聚类中心的类别中,否则,将Gi视作两条非显著直线特征分别聚类到最相近的两个显著直线特征类别中。

6.根据权利要求4所述的一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法,其特征在于,在所述步骤八中,采用如同所述步骤五中显著直线特征匹配的方法,基于特征描述符相似度,以非穷举搜索的方式进行非显著直线特征匹配。

7.根据权利要求6所述的一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法,其特征在于,按如下搜索策略进行同名直线特征搜索:

对于参考影像上任一非显著直线特征Gi,其聚类后所属的类别为以显著直线特征Sj为聚类中心的类别,假设在显著直线特征匹配结果中,显著直线特征Sj在待匹配影像上对应的同名显著直线特征为S'j,则非显著直线特征Gi的同名特征搜索只在待匹配影像上以显著直线特征S'j为聚类中心的类别中进行。